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FSAB 1402: Informatique 2
Introduction et Concepts de Base
Peter Van RoyDépartement d’Ingénierie Informatique, UCL
Transparents inspirés par Christian Schulte et Seif Haridi
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Résumé du premier cours
Organisation du cours
Résumé du cours
Introduction aux concepts de base
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Organisation du cours
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FSAB 1402
Séances magistrales et séances pratiques Cours magistraux pour introduire les concepts
Jeudi 8h30-10h30: BA93 Jeudi 10h45-12h45: BA91
Séances pratiques pour maîtriser les concepts Mercredi 8h30-10h30 (Bac FSA) Mardi 16h15-18h15 (Bac SINF)
Evaluation Deux piliers: la pratique (écrire des programmes) et la théorie
(définition précise des concepts, sémantique) Interrogation lundi 31 octobre Projet semaines 7-9 Examen à la fin
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Equipe Titulaires
Peter Van Roy ([email protected]) Pierre Dupont ([email protected])
Assistants Raphaël Collet ([email protected]) Yves Jaradin ([email protected]) Boris Mejias ([email protected]) Luis Quesada ([email protected])
Etudiants/moniteurs Yannick Alsberge ([email protected]) Jean-Baptiste Escoyez ([email protected]) Benoît Frenay ([email protected]) Thibault Helleputte ([email protected]) Christophe Klopfert ([email protected]) Sébastien Mouthuy ([email protected]) Ariel Ouziel ([email protected]) Damien Saucez ([email protected])
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Matière
Cours basé sur le livreConcepts, Techniques, and Models of ComputerProgramming, MIT Press, 2004
Disponibilité A la DUC et au SICI (livre de référence) A la bibliothèque INGI et la BSE (si vous ne voulez
pas acheter le livre)
Informations sur les TPs et des informationssupplémentaires disponibles à:
http://www.info.ucl.ac.be/notes_de_cours/FSAB1402/
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Structure desséances magistrales
Rappel de la dernière séance
Résumé de ce qu’on va voir
Contenu
Résumé de ce qu’on a vu
Suggestions pour la lecture
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Séances pratiques
Elles commencent la seconde semaine!
Pour les Bac FSA Semaine 2 et 3: Candix, DAO, IAO Autres semaines: Salles Mercator
Pour les Bac SINF Semaine 3: (sera affiché) Autres semaines: (sera affiché)
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Séances pratiques
Buts Apprendre la pratique de la programmation Répéter la matière des cours magistraux Répondre aux questions sur la matière Approfondir votre compréhension
Exercices et problèmes Comprendre les concepts et les mettre en pratique Les encadrants vous aideront à trouver les réponses;
ils ne donneront pas les réponses eux-mêmes!
Une bonne préparation pour l’interro!
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Horaire
Attention: l’horaire du cours a quelquespetites irrégularités Le site Web du cours contiendra toujours les
données exactes
Il y a deux semaines sans cours; il y a unesemaine avec deux cours
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Suggestions de lecturepour le premier cours
Transparents sur le site Web du cours
Dans le livre Chapitre 1 (1.1, 1.2, 1.3) - Introduction aux concepts
de base
Chapitre 2 (2.1) - Définition des langages deprogrammation
Chapitre 2 (2.3) - Langage de base
Chapitre 2 (2.4.1) - Concepts de base (identificateurs,variables, environnement, portée, fonctions etprocédures)
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Environnement deprogrammation
http://www.mozart-oz.org/ Langage: Oz Système: Mozart Éditeur: Emacs Système interactif
Disponible sur l’infrastructure FSA, sous Linux etWindows
Vous pouvez l’installer sur vos ordinateurspersonnels
Si vous avez un ordinateur portable, vous pouvezdéjà installer Mozart avant les séances pratiques
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Des commentaires etsuggestions sont bienvenus!
Sur la structure ou le contenu du cours
N’hésitez pas à me contacter ou contacter unencadrant
Si vous voulez me contacter, prenez unrendezvous s’il vous plaît! Par email: [email protected]
Par téléphone: 010 47 83 74
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Questions et freins!
Posez des questions quand ce n’est pas clair Pour répéter une explication
Pour donner une meilleure explication
Pour donner un exemple
Dites-moi quand je vais trop vite!
Dites-moi quand je vais trop lentement!
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Résumé du cours
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Objectif du cours
1. La programmation fonctionnelle (3 semaines)• Un programme est une fonction mathématique
2. Les techniques de programmation (3 semaines)• La complexité calculatoire• Les algorithmes sur les listes et les arbres
3. La sémantique formelle des langages (1 semaine)• On ne peut pas maîtriser ce qu’on ne comprend pas
4. L’abstraction de données (4 semaines)• Partitionner un problème pour maîtriser la complexité• Les deux approches: objets et types abstraits• Le langage Java
5. La concurrence et les systèmes multi-agents (1 semaine)
Donner une introduction à la discipline de laprogrammation, en cinq thèmes:
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Il y a beaucoup de manièresde programmer un ordinateur!
Programmation déclarative Programmation fonctionnelle ou
programmation logique
Programmation concurrente Par envoi de messages ou par données
partagées
Programmation avec état
Programmation orientée objet
Programmation par composants logiciels
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Modèles de programmation(“paradigmes”)
Mettre ensemble Des types de données et leurs opérations Un langage pour écrire des programmes
Chaque modèle/paradigme permet d’autrestechniques de programmation
Les paradigmes sont complémentaires
Le terme “paradigme de programmation” Très utilisé dans le monde commercial; attention au sens
(buzzword)!
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Langages de programmation
Différents langages soutiennent différentsmodèles/paradigmes Java: programmation orientée objet Haskell: programmation fonctionnelle Erlang: programmation concurrente pour systèmes fiables Prolog: programmation logique …
Nous voudrions étudier plusieurs paradigmes! Est-ce qu’on doit étudier plusieurs langages?
Nouvelle syntaxe… Nouvelle sémantique… Nouveau logiciel…
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La solution pragmatique…
Un seul langage de programmation Qui soutient plusieurs modèles de programmation Parfois appelé un langage “multi-paradigme”
Notre choix est Oz Soutient ce qu’on voit dans le cours, et plus encore
L’accent sera mis sur Les modèles de programmation! Les techniques et les concepts! Pas le langage en soi!
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Comment présenter plusieursmodèles de programmation?
Basé sur un langage noyau Un langage simple
Un petit nombre de concepts significatifs
Buts: simple, minimaliste
Langage plus riche au dessus du langagenoyau
Exprimé en le traduisant vers le langage noyau
But: soutenir la programmation pratique
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Approche incrémentale
Commencer par un langage noyau simple Programmation fonctionnelle
Ajouter des concepts Pour obtenir les autres modèles de programmation Très peu de concepts! Très peu à comprendre!
En FSAB1402 nous ne verrons que quelques modèles, àcause de la taille limitée du cours
Les autres modèles peuvent être vus dans d’autres cours (parexemple, en INGI2131 ou INGI2365) ou en lisant plus loin dansle livre
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Les modèles que vousconnaissez!
Vous connaissez tous le langage Java, quisoutient
La programmation avec état
La programmation orientée objet
C’est clair que ces deux modèles sontimportants!
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Pourquoi les autres modèles? Deux nouveaux modèles qu’on verra dans ce cours
Programmation déclarative (fonctionnelle) Programmation concurrente (multi-agent) avec dataflow
D’autres modèles pas vu dans ce cours Programmation concurrente par envoi de messages ou par données
partagées Programmation logique (déterministe et nondéterministe) Programmation par contraintes Programmation par composants …
Est-ce que tous ces modèles sont importants? Bien sûr! Ils sont importants dans beaucoup de cas, par exemple pour les
systèmes complexes, les systèmes multi-agents, les systèmes àgrande taille, les systèmes à haute disponibilité, etc.
On reviendra sur ce point plusieurs fois dans le cours
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Notre premier modèle La programmation déclarative
Deux formes: programmation fonctionnelle et programmationlogique
On peut considérer la programmation fonctionnelle comme labase de la plupart des autres modèles On regardera uniquement la programmation fonctionnelle
Approche Introduction informelle aux concepts et techniques importants,
avec exemples interactifs Introduction au langage noyau Sémantique formelle basée sur le langage noyau Étude des techniques de programmation, surtout la récursion
(sur entiers et sur listes) et la complexité calculatoire
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La programmation déclarative
L’idéal de la programmation déclarative Dire uniquement ce que vous voulez calculez
Laissez l’ordinateur trouvez comment le calculer
De façon plus pragmatique Demandez plus de soutien de l’ordinateur
Libérez le programmeur d’une partie du travail
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Propriétésdu modèle déclaratif
Un programme est une fonction ou une relation ausens mathématique
Un calcul est l’évaluation d’une fonction ou une relationsur des arguments qui sont des structures de données
Très utilisé Langages fonctionnels: LISP, Scheme, ML, Haskell, … Langages logiques (relationnels): Prolog, Mercury, … Langages de représentation: XML, XSL, …
Programmation “sans état” Aucune mise à jour des structures de données! Permet la simplicité
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L’utilité du modèle déclaratif
Propriété clé: “Un programme qui marcheaujourd’hui, marchera demain” Les fonctions ne changent pas de comportement, les
variables ne changent pas d’affectation
Un style de programmation qui est à encouragerdans tous les langages “Stateless server” dans un contexte client/server “Stateless component”
Pour comprendre ce style, nous utilisons le modèlefonctionnel! Tous les programmes écrits dans ce modèle sont ipso
facto déclaratif: une excellent manière de l’apprendre
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Introduction auxConcepts de Base
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Un langage de programmation
Réalise un modèle de programmation
Peut décrire des programmes Avec des instructions
Pour calculer avec des valeurs
Regardons de plus près instructions
valeurs
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Système interactif
Sélectionner la région dans le buffer Emacs
Donner la région sélectionnée au système La région est compilée
La région compilée est exécutée
Système interactif: à utiliser comme une calculatrice
Essayez vous-même après ce cours!
declareX = 1234 * 5678{Browse X}
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Système interactif:Qu’est-ce qui se passe?
Déclarer (“créer”) une variable désignée par X Affecter à la variable la valeur 7006652
Obtenu en faisant le calcul 1234*5678 Appeler la procédure Browse avec l’argument
désignée par X Fait apparaître une fenêtre qui montre 7006652
declareX = 1234 * 5678{Browse X}
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Variables Des raccourcis pour des valeurs Peuvent être affectées une fois au plus
Variables mathématiques (Note: l’affectation multiple est un autre concept; on la verra plus loin dans
le cours sous le nom de “cellule”)
Sont dynamiquement typées (type connu pendant l’exécution) En Java elles sont statiquement typées: type connu avant
l’exécution (à la compilation)
Attention: il y a deux concepts cachés ici! L’identificateur: le nom que vous tapez sur le clavier, c’est
une chaine de caractères qui commence avec une majusculeVar, A, X123, OnlyIfFirstIsCapital
La variable en mémoire: une partie de la mémoire du système
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Déclaration d’une variable
declare est une instruction (“statement”) Crée une nouvelle variable en mémoire
Fait le lien entre l’identificateur X et la variable en mémoire
Troisième concept: l’environnement Une fonction des identificateurs vers les variables
Fait la correspondance entre chaque identificateur et une variable(et donc sa valeur aussi)
Le même identificateur peut correspondre à différentes variablesen différents endroits du programme!
declareX = …
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Affectation
L’affectation prend une variable en mémoireet la lie avec une valeur
Dans le texte d’un programme, l’affectationest exprimée avec les identificateurs!
Après l’affectation X=42, la variable quicorrespond à l’identificateur X sera liée à 42
declareX = 42
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Affectation unique
Une variable ne peut être affectée qu’à une seulevaleur
On dit: variable à affectation unique Pourquoi? Parce que nous sommes en modèle déclaratif!
Affectation incompatible: signale une erreurX = 43
Affectation compatible: ne rien faireX = 42
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La redéclaration d’une variable(en fait: d’un identificateur!)
Un identificateur peut être redéclaré Ça marche parce qu’il s’agit des variables en mémoire différentes!
Les deux occurrences de l’identificateur correspondent à desvariables en mémoire différentes.
L’environnement interactif ne gardera que la dernière variable Ici, X correspondera à 11
declareX = 42declareX = 11
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La portée d’une occurrenced’un identificateur
L’instruction local X in <stmt> enddéclare X qui existera entre in et end
La portée d’une occurrence d’unidentificateur est la partie d’unprogramme pour laquelle cetidentificateur correspond à la mêmevariable en mémoire.
(Si la portée est déterminée par uneinspection du code d’un programme, elles’appelle portée lexicale ou portée statique.)
Pourquoi il n’y a pas de conflit entreX=42 et X=11?
Le troisième Browse affichera quoi?
local Xin X = 42 {Browse X} local X in X = 11 {Browse X} end {Browse X}end
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Structures de données(valeurs)
Structures de données simples Entiers 42, ~1, 0
Notez: “~” pour entier négatif (!)
Virgule flottante 1.01, 3.14, 0.5, ~3.2 Atomes (constantes) foo, ‘Paul’, nil
Structures de données composées Listes
Tuples, enregistrements (“records”)
Dans ce cours on utilisera principalement les entiers et leslistes
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Fonctions
Définir une fonction Donner une instruction qui définit ce que doit faire
la fonction
Appeler une fonction Utiliser la fonction pour faire un calcul selon sa
définition
On dit aussi: appliquer une fonction
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Notre première fonction
Pour calculer la négation d’un entier Prend un argument: l’entier
Rend une valeur: la négation de l’entier
En notation mathématique:Integer → Integer
minus:n |→ ~n
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La définition de la fonctionMinus
L’identificateur Minus sera lié à la fonction Déclarer une variable qui est liée à l’identificateur Minus
Affecter cette variable à la fonction en mémoire
La portée de l’argument X est le corps de la fonction
declarefun {Minus X} ~Xend
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L’application de la fonctionMinus
Y est affecté à la valeur calculée parl’application de Minus à l’argument ~42
declareY = {Minus ~42}{Browse Y}
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Syntaxe
Définition d’une fonction
fun {Identificateur Arguments} Corps de la fonction
end
Appel d’une fonction
X = {Identificateur Arguments}
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Fonction de maximum
Calculer le maximum de deux entiers Prend deux arguments: entiers Rend une valeur: l’entier le plus grand
En notation mathématique:Integer x Integer → Integer
max:n, m |→ n, n>m
m, otherwise
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Définition de la fonction Max
declarefun {Max X Y} if X>Y then X else Y endend
• Nouvelle instruction: conditionnel (if-then-else)• Le conditionnel renvoie un résultat
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Application de la fonction Max
declareX = {Max 42 11}Y = {Max X 102}{Browse Y}
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Maintenant le minimum
Une possibilité: couper et coller Répéter ce qu’on a fait pour Max
Mieux: la composition de fonctions Reutiliser ce qu’on a fait avant C’est une bonne idée de reutiliser des fonctions
compliquées
Pour le minimum de deux entiers:min(n,m) = ~max(~n,~m)
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Définition de la fonction Min
declarefun {Min X Y} {Minus {Max {Minus X} {Minus Y}}}end
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Définition de la fonction Min(avec ~)
declarefun {Min X Y} ~ {Max ~X ~Y}end
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Définition inductived’une fonction
Fonction de factorielle n! La définition inductive est
0! = 1n! = n * ((n-1)!)
Programmer ceci en tant que fonction Fact
Comment procéder? Utiliser l’application récursive de Fact!
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Définition de la fonction Fact
fun {Fact N} if N==0 then % Test d’égalité 1 else N * {Fact N-1} % Appel récursif endend
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Récursion
Structure générale Cas de base Cas récursif
Pour un nombre naturel n, souvent: Cas de base: n est zéro Cas récursif: n est différent de zéro
n est plus grand que zéro
Beaucoup plus: la semaine prochaine! La récursion c’est la manière de faire une boucle en
modèle déclaratif
22/9/2005 P. Van Roy, FSAB1402 54
Une fonction est un casparticulier d’une procédure
Le vrai concept de base est la procédure
Une fonction est une procédure avec unargument en plus, qui est utilisée pourrenvoyer le résultat
Z={Max X Y} (fonction Max) est équivalent à:{Max X Y Z} (procédure Max, avec un argument de plus)
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Résumé
Système interactif “Variables”
Déclaration Affectation unique Identificateur Variable en mémoire Environnement Portée d’une occurrence d’un identificateur
Structures de données Entiers
Fonctions Définition Appel (application)
Récursion
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A la prochaine fois!
Les séances pratiques Mercredi 8h30-10h30 pour Bac FSA
Mardi 16h15-18h15 pour Bac SINF
La semaine prochaine, j’attends de vous que vousvous familiarisez avec la plate-forme Mozart et sonenvironnement
Vous pouvez déjà regarder l’énoncé du premier TPsur le Web
Je vous conseille d’installer Mozart chez vous! C’est facile!
